Фосфорит
Фосфорит , фосфатная руда или фосфатная руда — это необломочная , осадочная порода содержащая большое количество фосфатных минералов . Содержание фосфатов в фосфорите (или марке фосфоритной руды) варьируется в широких пределах: от 4% [1] до 20% пятиокиси фосфора (P 2 O 5 ). Реализуемый фосфоритный порошок обогащен («обогащен») как минимум до 28%, часто более 30% P 2 O 5 . Это происходит посредством промывки, просеивания, обезвоживания, магнитной сепарации или флотации. [1] Для сравнения, среднее содержание фосфора в осадочных породах составляет менее 0,2%. [2]
Фосфат присутствует в виде фторапатита Ca 5 (PO 4 ) 3 F, обычно в виде скрытокристаллических масс (размер зерен < 1 мкм), называемых коллофан -осадочными апатитовыми отложениями неопределенного происхождения. [2] Он также присутствует в виде гидроксиапатита Ca 5 (PO 4 ) 3 OH или Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 , который часто растворяется в костях и зубах позвоночных, тогда как фторапатит может происходить из гидротермальных жил . Другие источники также включают химически растворенные фосфатные минералы из магматических и метаморфических пород . Месторождения фосфоритов часто залегают обширными слоями, которые в совокупности покрывают десятки тысяч квадратных километров земной коры . [3]
Известняки и аргиллиты – распространенные фосфатсодержащие породы. [4] Богатые фосфатами осадочные породы могут встречаться в пластах от темно-коричневого до черного цвета, от пластинок размером в сантиметр до слоев толщиной в несколько метров. Хотя такие мощные пласты могут существовать, они редко состоят только из фосфатных осадочных пород. Фосфатные осадочные породы обычно сопровождаются сланцами , кремнями , известняками, доломитами и иногда песчаниками или переслаиваются ими . [4] Эти слои содержат те же текстуры и структуры, что и мелкозернистые известняки, и могут представлять собой диагенетическое замещение карбонатных минералов фосфатами. [2] Они также могут состоять из пелоидов, ооидов, окаменелостей и обломков апатита. Встречаются фосфориты, которые очень мелкие и не имеют характерной зернистой текстуры. Это означает, что их текстура подобна текстуре коллофана или мелкой микритовой текстуре. Фосфатные зерна могут сопровождаться органическими веществами , глинистыми минералами , алевритистыми обломочными зернами и пиритом . Обычно встречаются пелоидные или гранулированные фосфориты; тогда как оолитовые фосфориты не распространены. [4]
Фосфориты известны из протерозойских полосчатых железных образований в Австралии , но чаще встречаются из палеозойских и кайнозойских отложений. Пермская . фосфоритовая формация на западе Соединенных Штатов представляет собой осадконакопление, длившееся около 15 миллионов лет Он достигает толщины 420 метров и занимает площадь 350 000 км2. 2 . [2] Коммерческая добыча фосфоритов ведется во Франции , Бельгии , Испании , Марокко , Тунисе , Саудовской Аравии. [5] и Алжир . В США фосфориты добываются во Флориде , Теннесси , Вайоминге , Юте , Айдахо и Канзасе . [6]
Классификация фосфатных осадочных пород
[ редактировать ](1) Нетронутые: фосфаты, находящиеся в первозданном состоянии, не подвергались биотурбации . Другими словами, слово «нетронутый» используется, когда фосфатный осадок, фосфатированные строматолиты и фосфатные твердые грунты не были нарушены. [7]
(2) Конденсированный: Фосфатные частицы, пластинки и слои считаются конденсированными, если они сконцентрированы. Этому способствуют процессы извлечения и переработки фосфатных частиц или биотурбация. [7]
(3) Аллохтонные: фосфатные частицы, которые перемещались турбулентными или гравитационными потоками и осаждались этими потоками. [7]
Круговорот фосфора, образование и накопление
[ редактировать ]Наиболее тяжелые скопления фосфора сосредоточены преимущественно на дне океана. Накопление фосфора происходит в результате атмосферных осадков, пыли, ледникового стока, космической деятельности, подземной гидротермальной вулканической деятельности и отложения органического материала. Основной приток растворенного фосфора происходит в результате континентального выветривания и выносится реками в океан. [8] Затем он обрабатывается как микро-, так и макроорганизмами. Диатомовый планктон, фитопланктон и зоопланктон перерабатывают и растворяют фосфор в воде. Кости и зубы некоторых рыб (например, анчоусов) поглощают фосфор, а затем откладываются и закапываются в океанских отложениях . [9]
В зависимости от уровня pH и солености океанской воды органические вещества будут разлагаться, высвобождая фосфор из отложений в мелких водоемах. Бактерии и ферменты растворяют органическое вещество на границе вода–дно, возвращая фосфор в начало его биогенного цикла. Минерализация органического вещества также может вызвать выброс фосфора обратно в океанскую воду. [9]
Условия осадконакопления
[ редактировать ]Известно, что фосфаты отлагаются в самых разных средах отложения . Обычно фосфаты отлагаются на очень мелководных, прибрежных морских участках или в условиях низкого энергопотребления. Сюда входят такие среды, как надприливные зоны, прибрежные или приливные зоны и, что наиболее важно, эстуарий. [9] В настоящее время области океанического апвеллинга вызывают образование фосфатов. Это происходит из-за постоянного потока фосфатов, приносимых из большого глубоководного океанского резервуара (см. ниже). Этот цикл обеспечивает непрерывный рост организмов. [7]
Супраприливные зоны: Супраприливные среды являются частью приливной плоской системы, где присутствие сильной волновой активности отсутствует. Приливные плоские системы создаются вдоль открытых побережий и в условиях относительно низкой энергии волн. Они также могут развиваться на побережьях с высокой энергией за барьерными островами, где они защищены от воздействия волн высокой энергии. В системе приливной равнины надприливная зона находится на очень высоком уровне прилива. Однако он может быть затоплен сильными приливами и пересечен приливными каналами. Он также открыт с субаэральной точки зрения, но дважды в месяц затопляется весенними приливами. [10]
Прибрежная среда/приливные зоны: Приливные зоны также являются частью системы приливно-отливной равнины. Приливная зона расположена в пределах средних уровней прилива и отлива. Он подвержен приливным изменениям, а это означает, что он подвергается субаэральному воздействию один или два раза в день. Он не подвергается воздействию достаточно долго, чтобы поддерживать рост большей части растительности. Зона содержит как осадконакопление взвеси, так и пластовую нагрузку. [10]
Устьевая среда : Устьевая среда или устья расположены в нижних частях рек, впадающих в открытое море. Поскольку они находятся в морской части системы затопленных долин, они получают осадки как из морских, так и из речных источников. Они содержат фации, на которые влияют приливно-волновые речные процессы. Считается, что устье простирается от границы приливных фаций со стороны суши до границы прибрежных фаций со стороны моря. Фосфориты часто отлагаются во фьордах в устьевой среде. Это эстуарии с неглубокими перемычками порогов. Во время голоценового повышения уровня моря устья фьордов образовались в результате затопления долин U-образной формы, подвергшихся ледниковой эрозии. [10]
Наиболее распространенное появление фосфоритов связано с сильным морским апвеллингом осадков. Апвеллинг вызван глубоководными течениями, которые поднимаются к прибрежной поверхности, где могут происходить большие отложения фосфоритов. Этот тип среды является основной причиной того, что фосфориты обычно связаны с кремнеземом и кремнем. Эстуарии также известны как фосфорные «ловушки». Это связано с тем, что прибрежные устья содержат высокую продуктивность фосфора из болотной травы и донных водорослей, которые обеспечивают равновесный обмен между живыми и мертвыми организмами. [11]
Виды отложений фосфоритов
[ редактировать ]- Фосфатные конкреции: это сферические скопления, хаотично распределенные по дну континентальных шельфов. Большинство зерен фосфорита имеют размер песка, хотя могут присутствовать частицы размером более 2 мм. Эти более крупные зерна, называемые узелками , могут иметь размер до нескольких десятков сантиметров. Известно, что фосфатные конкреции встречаются в значительных количествах на шельфе северного Чили . [12]
- Биокластические фосфаты или костные пласты: Костные пласты представляют собой слоистые отложения фосфатов, которые содержат концентрации мелких скелетных частиц и копролитов. [4] Некоторые из них также содержат окаменелости беспозвоночных, таких как брахиоподы, и становятся более обогащенными P 2 O 5 после того, как произошли диагенетические процессы. Биокластические фосфаты также могут цементироваться фосфатными минералами. [9]
- Фосфатизация: Фосфатизация - это тип редких диагенетических процессов. Это происходит, когда из гуано выщелачиваются жидкости, богатые фосфатами. [4] Затем их концентрируют и переосаждают в известняке. Фосфатизированные окаменелости или фрагменты первоначальных фосфатных оболочек являются важными компонентами некоторых из этих отложений.
Тектонические и океанографические обстановки морских фосфоритов.
[ редактировать ]- Эпейровые морские фосфориты: Эпейровые морские фосфориты находятся в условиях морского шельфа. Они находятся в широкой и неглубокой кратонной обстановке. Здесь встречаются гранулированные фосфориты, твердые фосфориты и конкреции. [7]
- Фосфориты континентальной окраины: конвергентные, пассивные, апвеллинговые, неапвеллинговые. В этой среде накапливаются фосфориты в виде твердых грунтов, конкреций и зернистых слоев. [11] Они накапливаются в результате осаждения карбоната фторапатита во время раннего диагенеза в верхних нескольких десятках сантиметров осадка. Существуют два разных экологических условия, в которых фосфориты производятся на окраинах континента. Континентальные окраины могут состоять из богатых органическими отложениями, сильного прибрежного апвеллинга и выраженных зон с низким содержанием кислорода. Они также могут образовываться в таких условиях, как богатые кислородом придонные воды и отложения с низким содержанием органических веществ. [7]
- Фосфориты подводных гор: это фосфориты, которые встречаются на подводных горах, гайотах или подводных горах с плоскими вершинами, хребтах подводных гор. Эти фосфориты образуются в ассоциации с железо- и магниевыми корками. В этом случае продукция фосфора перерабатывается в рамках цикла окисления-восстановления фосфора железа. Этот цикл также может образовывать глауконит, который обычно связан с современными и древними фосфоритами. [7]
- Островные фосфориты: Островные фосфориты расположены на карбонатных островах, плато, коралловых островах, состоящих из рифа, окружающего лагуну или, атолловую лагуну, морские озера. Фосфорит здесь происходит из гуано. Замена глубоководных отложений осадками, образовавшимися на дне океана. [7]
Производство и использование
[ редактировать ]
Производство
[ редактировать ]Месторождения, содержащие фосфаты в количестве и концентрации, которые экономически выгодны для добычи в качестве руды из -за содержания фосфатов, не особенно распространены. Двумя основными источниками фосфатов являются гуано , образующееся из помета птиц или летучих мышей , и камни, содержащие концентрации минерала фосфата кальция, апатита .
По состоянию на 2006 год [update]США являются ведущим мировым производителем и экспортером фосфорных удобрений, на долю которых приходится около 37% мирового экспорта P 2 O 5 . [13] По состоянию на декабрь 2018 г. [update], общие мировые подтвержденные экономические ресурсы фосфоритов составляют 70 гигатонн , [14] который встречается главным образом в виде осадочных морских фосфоритов. [15]
По состоянию на 2012 год [update] , Китай США . и Марокко являются крупнейшими в мире добытчиками фосфоритной руды с добычей 77 мегатонн , 29,4 млн тонн и 26,8 млн тонн (включая 2,5 млн тонн в Сахаре Марокко ) соответственно в 2012 году, в то время как мировое производство достигло 195 млн тонн [16] Считается, что в Индии имеется почти 260 миллионов тонн фосфоритов. [17] Другие страны со значительным производством включают Бразилию , Россию , Иорданию и Тунис . Исторически большие объемы фосфатов добывались из месторождений на небольших островах, таких как остров Рождества и Науру , но сейчас эти источники в значительной степени истощены.
Фосфатная руда добывается и перерабатывается в фосфатную руду. Обогащение фосфатной руды представляет собой процесс, включающий промывку, флотацию и обжиг. [1] Пенная флотация используется для обогащения добытой руды до фосфоритной руды. Добытая руда измельчается и промывается, образуя суспензию, которую затем обрабатывают жирными кислотами , чтобы фосфат кальция стал гидрофобным .
Этот фосфорит затем либо растворяется для получения фосфорной кислоты мокрого процесса , либо плавится для получения элементарного фосфора . Фосфорная кислота реагирует с фосфоритной рудой для получения удобрения тройного суперфосфата или с безводным аммиаком для производства аммонийно-фосфатных удобрений. Элементарный фосфор является основой для печной фосфорной кислоты, пентасульфида фосфора, пентаоксида фосфора и трихлорида фосфора . [ нужна ссылка ]
Использование
[ редактировать ]Примерно 90% производимого фосфоритов используется для производства удобрений и кормовых добавок, а остальная часть — для промышленных химикатов. [1] Кроме того, фосфор из фосфоритов также используется в пищевых консервантах, хлебопекарной муке, фармацевтических препаратах, антикоррозионных средствах, косметике, фунгицидах, инсектицидах, моющих средствах, керамике, водоподготовке и металлургии. [15]
Для использования в промышленности химических удобрений обогащенный фосфорит должен быть сконцентрирован до уровня не менее 28% пятиокиси фосфора (P 2 O 5 ), хотя большинство продаваемых марок фосфоритов содержат 30% или более. [1]
Он также должен содержать разумное количество карбоната кальция (5%) и <4% объединенных железа и алюминия . оксидов [ нужна ссылка ] Во всем мире ресурсы богатой руды сокращаются, и использование руды с более низким содержанием может стать более привлекательным. [1]
Обогащенный фосфорит также продается и принимается как «органическая» альтернатива «химическим» фосфатным удобрениям, которые были дополнительно концентрированы из него, поскольку он считается более «натуральным». Согласно отчету ФАО, может быть более экологичным применение фосфоритной муки в качестве удобрения в определенных типах почв и странах , хотя у этого метода есть много недостатков. Согласно отчету, они могут иметь более высокую устойчивость по сравнению с более концентрированными удобрениями из-за снижения производственных затрат и возможности местных закупок очищенной руды. [1]
Редкоземельные элементы встречаются в фосфоритах. С ростом спроса на современные технологии все большее значение приобретает другой метод поиска редкоземельных элементов, независимый от Китая. Фосфориты, доходность которых выше, чем у месторождений в Китае, предлагают новый ресурс, расположенный в США, который, вероятно, приведет к независимости от влияния стран за пределами США. [18]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г Сапата, Ф.; Рой, Р.Н. (2004). «Глава 1 – Введение: Фосфор в системе почва-растение» . Использование фосфатных пород для устойчивого сельского хозяйства . Рим: Продовольственная и сельскохозяйственная организация . ISBN 92-5-105030-9 .
- ^ Jump up to: а б с д Блатт, Харви и Роберт Дж. Трейси, Петрология , Фриман, 1996, 2-е изд. стр. 345–349. ISBN 0-7167-2438-3
- ^ К.Майкл Хоган. 2011. Фосфат . Энциклопедия Земли. Ред. темы. Энди Йоргенсен. Главный редактор CJCleveland. Национальный совет по науке и окружающей среде. Вашингтон, округ Колумбия
- ^ Jump up to: а б с д и Протеро, Дональд Р.; Шваб, Фред (22 августа 2003 г.). Осадочная геология . Макмиллан. стр. 265–269. ISBN 978-0-7167-3905-0 . Проверено 15 декабря 2012 г.
- ^ Галмед, Массачусетс; Наср, ММ; Хатер, AE-SM (2020). «Петрология раннепалеогеновых месторождений фосфоритов в Хазм-эль-Джаламиде, северо-запад Саудовской Аравии». Арабский журнал геонаук . 13 (17). 829. дои : 10.1007/s12517-020-05852-3 . S2CID 221200370 .
- ^ Кляйн, Корнелис и Корнелиус С. Херлбут-младший, Руководство по минералогии , Wiley, 1985, 20-е изд., стр. 20. 360, ISBN 0-471-80580-7
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Миддлтон В. Джеральд, серия «Энциклопедия наук о Земле», 2003 г. Энциклопедия отложений и осадочных пород. Академическое издательство Клювер. Дордрект, Бостон, Лондон. стр. 131, 727, 519–524.
- ^ Делани, ML (1998). «Накопление фосфора в морских отложениях и океанический цикл фосфора» . Биогеохимические циклы . 12 (4): 563–572. Бибкод : 1998GBioC..12..563D . дои : 10.1029/98GB02263 .
- ^ Jump up to: а б с д Батурин Г.Н. Фосфориты на морском дне: происхождение, состав и распространение. Эльзевир. 1981, Нью-Йорк, стр. 24–50. ISBN 044441990X .
- ^ Jump up to: а б с Боггс, Сэм-младший (2006). Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.), Pearson Education Inc., Аппер-Сэддл-Ривер, Нью-Джерси, стр. 217–223. ISBN 0321643186
- ^ Jump up to: а б Пивир, доктор медицинских наук (1966). «Устьевое образование фосфоритов Атлантической прибрежной равнины США» . Экономическая геология . 61 (2): 251–256. Бибкод : 1966EcGeo..61..251P . дои : 10.2113/gsecongeo.61.2.251 .
- ^ Гарсиа, Марсело; Корреа, Хорхе; Максаев, Виктор; Таунли, Брайан (2020). «Потенциальные минеральные ресурсы чилийского шельфа: обзор» . Андская геология . 47 (1): 1–13. дои : 10.5027/andgeoV47n1-3260 .
- ^ Ежегодник Геологической службы США по минералам, 2006 г. Фосфатная руда
- ^ Отчет AIMR за 2019 год (PDF) (Отчет). п. 10.
- ^ Jump up to: а б Бритт, Эллисон. «Фосфат» (PDF) . Отчет AIMR 2013 (Отчет). п. 90.
- ^ Статистика IFA 2012
- ^ Корделл, Дана ; Уайт, Стюарт (31 января 2013 г.). «Устойчивые меры в отношении фосфора: стратегии и технологии достижения фосфорной безопасности» . Агрономия . 3 (1): 86–116. дои : 10.3390/agronomy3010086 . hdl : 10453/24038 .
- ^ Эмсбо, Поль; Маклафлин, Патрик И.; Брейт, Джордж Н.; Дю Брей, Эдвард А.; Кениг, Алан Э. (2015). «Редкоземельные элементы в осадочных фосфатных месторождениях: решение глобального кризиса РЗЭ?» . Исследования Гондваны . 27 (2): 776–785. Бибкод : 2015GondR..27..776E . дои : 10.1016/j.gr.2014.10.008 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]